露光装置および光源装置
【課題】 本発明は、消費電力が少なく長寿命で、かつ必要な波長域の光を必要な光量で効率よく出射して露光することができる露光装置および光源装置が得られる。。
【解決手段】 光源ユニット４１は、第１のＬＥＤアレイ４１１、第１のレンズアレイ４１２、第２のＬＥＤアレイ４１３、第２のレンズアレイ４１４、ダイクロイックミラー４１５、第３のレンズアレイ４１６、第１の結像光学系４１７を備える。第１のＬＥＤアレイ４１１は、中心波長３８５ｎｍの光を出射する。第２のＬＥＤアレイ４１３は、中心波長３６５ｎｍの光を出射する。ダイクロイックミラー４１５は、第１のＬＥＤアレイ４１１の発光部４１１ｃの像に第２のＬＥＤアレイ４１３の発光部４１３ｃの像を重ねて合成する。
【解決手段】 光源ユニット４１は、第１のＬＥＤアレイ４１１、第１のレンズアレイ４１２、第２のＬＥＤアレイ４１３、第２のレンズアレイ４１４、ダイクロイックミラー４１５、第３のレンズアレイ４１６、第１の結像光学系４１７を備える。第１のＬＥＤアレイ４１１は、中心波長３８５ｎｍの光を出射する。第２のＬＥＤアレイ４１３は、中心波長３６５ｎｍの光を出射する。ダイクロイックミラー４１５は、第１のＬＥＤアレイ４１１の発光部４１１ｃの像に第２のＬＥＤアレイ４１３の発光部４１３ｃの像を重ねて合成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置および光源装置に関し、さらに詳しくは、電子工業用のプリント基板、半導体や液晶ディスプレイ製造用に用いられる露光装置と、それら露光装置などに使用される光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子工業用のプリント基板や半導体ウエハ、液晶ディスプレイ製造用ガラス基板などの処理工程において、フォトリソグラフィ法を利用した表面パターニング技術が一般に使われる。従来、例えばプリント基板の製造工程において、プリント基板上に感光材料（感光性を有する樹脂等）の被膜を塗布またはラミネートなどの手法で形成し、所望のパターンを形成したフォトマスクを介して露光してその感光材料の被膜にパターンを形成していた。
【０００３】
近年、フォトマスクを用いず、光変調素子、たとえばＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いて変調した光によって露光し、直接的にパターンを描画するいわゆる直接描画と呼ばれる露光方式も用いられるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３２２２１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３３６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示される直接描画方式の露光装置にあっては、光源としてランプを用いているが、この種の装置に一般に用いられる超高圧水銀ランプは大型であって消費電力が大きく、寿命が短いという問題があった。そこで、特許文献２に示されるように光源として消費電力が少なく長寿命の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることも提案されている。
【０００６】
しかしながら、露光の対象物である感光材料の特性によっては、比較的広い波長域の光を照射することが求められることがあり、照射光の波長域が狭いＬＥＤを用いると所望の特性が得られず、パターニングがうまく行えないことが起こる。例えばソルダーレジストの露光には、３６０〜３９０ｎｍ付近の比較的広い波長域の光を照射することが必要であるため、３６５ｎｍにピークを持つ単一波長のＬＥＤからの光を照射するだけでは十分に露光することができず、ソルダーレジストのパターン断面が逆テーパー形状になるなどの不都合がある。
【０００７】
これに対し、特許文献２に記載の光源に、異なる波長の光を発する２種類のＬＥＤを混用することも考えられるが、一つの波長あたりのＬＥＤ数が減ってしまうと今度は露光のために十分な光量が得られなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、消費電力が少なく長寿命で、かつ必要な波長域の光を必要な光量で効率よく出射できる光源装置および露光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、第１の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第１の光源アレイと、前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第１のレンズアレイと、第２の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第２の光源アレイと、前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第２のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイが形成した前記第１の光源アレイの発光部の像と、前記第２のレンズアレイが形成した前記第２の光源アレイの発光部の像とを重ね合わせて合成像を形成する光学合成素子と、前記光学合成素子が合成した合成像の光束を均一な照度分布の光束にして出射する均一化素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記光学合成素子が形成した各光源素子の発光部ごとの合成像の光束の主光線を光軸と平行にする第３のレンズアレイと、前記第３のレンズアレイから出射される前記合成像を前記均一化素子の入射端に縮小投影する両側テレセントリックな第１の結像光学系と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光源装置において、前記第１のレンズアレイは、前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものであり、前記第２のレンズアレイは、前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置において、前記均一化素子が出射する光束を所定の照明領域に投影する第２の結像光学系をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置において、前記均一化素子は中空ライトパイプまたは中実ロッドであることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置において、前記光学合成素子はダイクロイックミラーであることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置と、この光源装置によって照明される光変調素子と、前記光変調素子で変調された光を描画対象物に照射する投影光学系と、前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構と、を備えたことを特徴とする露光装置である。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の光源装置と、この光源装置によって照明される光変調素子と、前記光変調素子で変調された光をソルダーレジストの被膜が形成された描画対象物に照射する投影光学系と、前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構とを備え、前記第１の光源アレイの発光素子は、波長３８５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、前記第２の光源アレイの発光素子は、波長３６５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、前記ダイクロイックミラーは前記第１の光源アレイからの光を透過するとともに、前記第２の光源アレイからの光を反射して合成像を形成するよう配置されたことを特徴とする露光装置である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１乃至６に記載の発明によれば、消費電力が少なく長寿命で、かつ必要な波長域の光を出射して露光することができる光源装置が得られる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、特に効率よく所望の形状の光束を出射することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、消費電力が少なく長寿命で、かつ必要な波長域の光を出射して露光することができる露光装置が得られる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、特にソルダーレジストの露光に好適な波長特性を持つ光を出射して露光できる露光装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置を示す模式図である。
【図２】ＤＭＤを示す図である。
【図３】照明光学系の一部を示す模式的な斜視図である。
【図４】光源ユニットの側面図である。
【図５】光源ユニットの一部を抜粋して示す側面図である。
【図６】ＬＥＤチップの外観とその投影像を示す図である。
【図７】光源ユニットの一部を抜粋して示す斜視図である。
【図８】出射光の分光波長特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜１．露光装置の構成と動作の概要＞
【００２３】
図１は本発明の一の実施の形態に係る露光装置１の構成を示す模式図である。図１では装置の内部構造を示すために装置の外形を破線にて示している。露光装置１は、ソルダーレジストの被膜が表面に塗布またはラミネートによって形成されたプリント基板（以下、単に基板と称する）９に所定のパターンを露光してパターン形成を行うものであって、基板９を保持するステージ２、ステージ２を図１中のＹ方向へと移動させるステージ移動機構３１、光ビームを基板９に向けて出射するヘッド部４、ヘッド部４を図２中のＸ方向へと移動させるヘッド部移動機構３２と、これらステージ移動機構３１、ヘッド部４およびヘッド部移動機構３２に接続された制御部５を有する。
【００２４】
ヘッド部４は、後述の如く所定の波長の光ビームを出射する光源ユニット４１、および、格子状に配列された微小ミラー群が設けられたＤＭＤ４２を含む光学系を内蔵し、ＤＭＤ４２の微小ミラー群により光源ユニット４１からの光ビームが反射されることにより空間変調された光ビームを生成し、ステージ２に保持された基板９に出射して露光しパターン形成する。
【００２５】
光学系の概要を説明する。光源ユニット４１から出射された光ビームは、ロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４ａ、レンズ４３４ｂおよびミラー４３５を介してミラー４３６へと導かれ、ミラー４３６は光ビームを集光させつつＤＭＤ４２へと導く。ＤＭＤ４２へと入射する光ビームは所定の入射角（例えば、２４度）でＤＭＤ４２の微小ミラー群に均一に照射される。以上のように、光源ユニット４１、ロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４ａ、レンズ４３４ｂ、ミラー４３５およびミラー４３６により光源ユニット４１からの光をＤＭＤ４２へと導く照明光学系４３ａが構成される。
【００２６】
ＤＭＤ４２の各微小ミラーのうち所定の姿勢（後述するＤＭＤ４２による光照射の説明において、ＯＮ状態に対応する姿勢）にある微小ミラーからの反射光のみにより形成される光ビーム（すなわち、空間変調された光ビーム）はズームレンズ４３７へと入射し、ズームレンズ４３７により倍率が調整されてミラー４３８を介して投影レンズ４３９へと導かれる。そして、投影レンズ４３９からの光ビームは微小ミラー群に対して光学的に共役な基板９上の領域へと照射される。このように、露光装置１ではズームレンズ４３７、ミラー４３８、投影レンズ４３９により、各微小ミラーからの光を基板９上の対応する光照射領域へと導く投影光学系４３ｂが構成される。
【００２７】
ステージ２はリニアモータであるステージ移動機構３１の移動体側に固定されており、制御部５がステージ移動機構３１を制御することにより、微小ミラー群からの光が照射される光照射領域群（１つの微小ミラーが１つの光照射領域に対応するものとする。）がフォトレジスト膜上を図２中のＹ方向に相対的に移動する。すなわち、光照射領域群はヘッド部４に対して相対的に固定され、基板９の移動により光照射領域群が基板９上を移動する。
【００２８】
ヘッド部４はヘッド部移動機構３２の移動体側に固定され、光照射領域群の主走査方向（図２中のＹ方向）に対して垂直な副走査方向（Ｘ方向）に間欠的に移動する。すなわち、主走査が終了する毎にヘッド部移動機構３２は次の主走査の開始位置へとヘッド部４をＸ方向に移動させる。そしてこのステージ移動機構３１とヘッド部移動機構３２の駆動によって、ヘッド部４は基板９表面を走査し露光する。
【００２９】
図２はＤＭＤ４２を示す図である。ＤＭＤ４２はシリコン基板４２１の上に多数の微小ミラーが格子状に等間隔に配列された（互いに垂直な２方向にＭ行Ｎ列に配列されているものとして以下説明する。）微小ミラー群４２２を有する空間光変調デバイスであり、各微小ミラーに対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って、各微小ミラーが静電界作用により所定の角度だけ傾く。
【００３０】
図１に示す制御部５からＤＭＤ４２にリセットパルスが入力されると、各微小ミラーは対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って反射面の対角線を軸として所定の姿勢に一斉に傾く。これにより、ＤＭＤ４２に照射された光ビームは各微小ミラーの傾く方向に応じて反射され、光照射領域への光照射のＯＮ／ＯＦＦが行われる。つまり、メモリセルにＯＮを示すデータが書き込まれた微小ミラーがリセットパルスを受信すると、その微小ミラーに入射する光はズームレンズ４３７へと反射され、対応する光照射領域に光が照射される。また、微小ミラーがＯＦＦ状態とされると、微小ミラーは入射した光をズームレンズ４３７とは異なる所定の位置へと反射し、対応する光照射領域は光が導かれない状態とされる。
【００３１】
そしてかかる構成により、基板９の表面はヘッド部４によって相対的に走査されつつ、ＤＭＤ４２で変調された光ビームが照射され、基板９表面のソルダーレジストに所定のパターンを形成する。
【００３２】
＜２．光学系の詳細＞
【００３３】
次に光学系の詳細について説明する。図３は光源ユニット４１を含む照明光学系４３ａの一部を示す模式的な斜視図、図４は光源ユニット４１の側面図、図５は光源ユニット４１の一部を抜粋して示す側面図、図６はＬＥＤチップの外観とその投影像を示す図、図７は第１のＬＥＤアレイ４１１、第１のレンズアレイ４１２および第３のレンズアレイ４１６を示す斜視図である。
【００３４】
光源ユニット４１は、第１のＬＥＤアレイ４１１、第１のレンズアレイ４１２、第２のＬＥＤアレイ４１３、第２のレンズアレイ４１４、ダイクロイックミラー４１５、第３のレンズアレイ４１６、第１の結像光学系４１７とから構成される。
【００３５】
第１のＬＥＤアレイ４１１は、中心波長３８５ｎｍ（第１の波長特性）の光を出射する発光部を有するＬＥＤチップ（ＬＥＤダイ）４１１ａを基板４１１ｂ上に１２個配列して構成される。ＬＥＤチップ４１１ａは１ｍｍ角の大きさであって、セラミックパッケージ（図示は省略している）の内部に納められている。ＬＥＤチップ４１１ａは１ｍｍ角のその全面が発光するのではなく、電極の影の影響などで非発光の部分が存在する。この実施形態におけるＬＥＤチップ４１１ａは、図６（Ａ）に示すように表面のうちの０．８ｍｍ角の範囲に図中にハッチングを付して示す発光部４１１ｃが形成されている。第１のＬＥＤアレイ４１１は、かかるＬＥＤチップ４１１ａを１０ｍｍピッチ（図５中のｄ＝１０ｍｍ）で縦横二次元に３×４に配列されるように、各ＬＥＤチップ４１１ａのセラミックパッケージを基板４１１ｂ上に取り付ける。また、各ＬＥＤチップ４１１ａの前面には、表面の保護のためのカバーガラス４１１ｄが設けられる。
【００３６】
第１のレンズアレイ４１２は、第１のＬＥＤアレイ４１１の各ＬＥＤチップ４１１ａの発光部４１１ｃの像を形成するレンズ群を、ＬＥＤチップ４１１ａの配列と対応して同じ縦横二次元に３×４の１２個配列して形成したものであって、ＬＥＤチップ４１１ａの１個あたり、ＬＥＤチップ４１１ａ側からみて、両凸の第１レンズ４１２ａと平 凸の第２レンズ４１２ｂの２枚で構成されるレンズ群を有し、それらを枠４１２ｃに組みつけて構成される。（図７では基板４１１ｂを透視して第１レンズ４１２ａを記している。）これら第１レンズ４１２ａと第２レンズ４１２ｂのレンズ群は、ＬＥＤチップ４１１ａのうち発光部４１１ｃが存在する０．８ｍｍ角の略正方形の領域を、その各ＬＥＤチップ４１１ａの配列ピッチ（図５中にｄで示す）の大きさ、すなわち１０ｍｍ角の大きさに拡大投影するようになっている。そして、投影された発光部４１１ｃの像はちょうど後述する第３のレンズアレイ４１６を構成する個々のレンズ４１６ａの全面をカバーする。
【００３７】
第２のＬＥＤアレイ４１３は、中心波長３６５ｎｍ（第２の波長特性）の光を出射する発光部を有するＬＥＤチップ４１３ａを基板４１３ｂ上に１２個配列して構成される。この第２のＬＥＤアレイ４１３およびＬＥＤチップ４１３ａの構成は、ＬＥＤチップ４１３ａの出射光の波長以外は図５に示した第１のＬＥＤアレイ４１１、ＬＥＤチップ４１１ａと同様であり、ＬＥＤチップ４１３ａを１０ｍｍピッチで縦横二次元に３×４に配列されるように、各ＬＥＤチップ４１３ａのセラミックパッケージを基板４１３ｂ上に取り付ける。また、各ＬＥＤチップ４１３ａの前面には、表面の保護のためのカバーガラス４１３ｄが設けられる。
【００３８】
第２のレンズアレイ４１４の構成は、上述の第１のレンズアレイ４１２と同様であって、第２のＬＥＤアレイ４１３の各ＬＥＤチップ４１３ａの発光部４１３ｃの像を形成するレンズ群を、ＬＥＤチップ４１３ａの配列と対応して同じ縦横二次元に３×４の１２個配列して形成したもので、ＬＥＤチップ４１３ａの１個あたり、ＬＥＤチップ４１３ａ側からみて、両凸の第１レンズ４１４ａと平凸の第２レンズ４１４ｂの２枚で構成されるレンズ群を有し、それらを枠４１４ｃに組みつけて構成される。これら第１レンズ４１４ａと第２レンズ４１４ｂのレンズ群は、図５に示す第１のレンズアレイ４１２と同様に、ＬＥＤチップ４１３ａのうち発光部４１３ｃが存在する０．８ｍｍ角の略正方形の領域を、その各ＬＥＤチップ４１３ａの配列ピッチの大きさ、すなわち１０ｍｍ角の大きさに拡大投影するようになっている。そして、投影された発光部４１３ｃの像はちょうど後述する第３のレンズアレイ４１６を構成する個々のレンズ４１６ａの全面をカバーする。
【００３９】
第１のレンズアレイ４１２とそれが形成する第１のＬＥＤアレイ４１１の各ＬＥＤチップ４１１ａの発光部４１１ｃの像との間には、ダイクロイックミラー４１５が斜めに配置され、さらにそのダイクロイックミラー４１５をはさんで第１のレンズアレイ４１２の反対側に、第２のレンズアレイ４１４と第２のＬＥＤアレイ４１３が配置される。（図５ではダイクロイックミラー４１５、第２のレンズアレイ４１４等は図示を省略している。）これにより、ダイクロイックミラー４１５は、第１のＬＥＤアレイ４１１および第１のレンズアレイ４１２からの光を透過させるとともに、第２のＬＥＤアレイ４１３および第２のレンズアレイ４１４からの光を反射させて、第１のＬＥＤアレイ４１１の発光部４１１ｃの像に第２のＬＥＤアレイ４１３の発光部４１３ｃの像を重ねて合成するように配置されている。これにより、第１のレンズアレイ４１２と第２のレンズアレイ４１４による合成された像は図６（Ｂ）に示すような各ＬＥＤアレイ４１１，４１３の発光部の形状を拡大して並べたものとなっている。
【００４０】
なお、第１のＬＥＤアレイ４１１の光は中心波長３８５ｎｍであり、第２のＬＥＤアレイ４１３の光は中心波長３６５ｎｍであり、両者の差は２０ｎｍ程度であるので、これらを合成するためにはダイクロイックミラー４１５には比較的急峻なエッジを持った分光反射率（分光透過率）特性が必要となる。ダイクロイックミラー４１５への入射角が４５度以上の場合にはＰＳ偏光成分の光学特性の分離が生じて急峻な特性が得られないので、本実施形態ではそれぞれの光の入射角を４０度よりも小さくしている。また二つの波長の光の合成の効率をよくするため、波長が短い第２のＬＥＤアレイ４１３のほうをダイクロイックミラー４１５の反射側で、波長が長い第１のＬＥＤアレイ４１１のほうを透過側で、それぞれ利用している。
【００４１】
第３のレンズアレイ４１６は、ダイクロイックミラー４１５で合成された第１のＬＥＤアレイ４１１の像と第２のＬＥＤアレイ４１３の像の合成像の位置に配置され、入射する光束の主光線を光軸と平行にして後述する第１の結像光学系４１７に入射させる。第３のレンズアレイ４１６は１０ｍｍ角の平凸レンズ４１６ａを３×４に配列したものであって、個々のレンズ４１６ａは、それぞれの発光部４１１ｃ、４１３ｃと相似形（すなわち正方形）をしており、またその合成像と略同じ大きさである。
【００４２】
第１の結像光学系４１７は、両側テレセントリックな光学系であって、第１レンズ４１７ａ、第２レンズ４１７ｂ、第３レンズ４１７ｃからなり、ダイクロイックミラー４１５が形成した第１のＬＥＤアレイ４１１と第２のＬＥＤアレイ４１３の合成像をインテグレータ４３３の入射端に縮小投影する。インテグレータ４３３の入射端の形状と、第１の結像光学系４１７によって縮小された第１のＬＥＤアレイ４１１、第２のＬＥＤアレイ４１３の発光部の像とは略同じ形状とすることが効率上好ましい。
【００４３】
そして、インテグレータ４３３の出射端から出力される均一な照度分布の光は、レンズ４３４ａ、レンズ４３４ｂ、ミラー４３５およびミラー４３６からなる第２の結像光学系によって、ＤＭＤ４２の所定の照明領域に照射される。ＤＭＤ４２に照射される光の波長スペクトルは、図８に示すように第１のＬＥＤアレイ４１１の中心波長３８５ｎｍの光と第２のＬＥＤアレイ４１３の中心波長３６５ｎｍの光との合成したものとなる。ここで、それぞれのＬＥＤアレイへの投入電流は制御部５の制御により可変とされており、２つの波長の光の強度比率を可変できる。これにより、照射対象であるレジスト特性にあわせて照射する光の特性を細かく設定でき、たとえばソルダーレジストの特性に合わせて所望のパターン断面の形状を得ることができる。
【００４４】
＜３．露光装置の動作と効果＞
【００４５】
露光装置１のステージ２にソルダーレジストの被膜が形成された基板９が搬入されると、制御部５はステージ移動機構３１やヘッド部４、ヘッド部移動機構３２等を制御して露光処理を行う。このとき光源ユニット４１は、第１のＬＥＤアレイ４１１の出射する中心波長３８５ｎｍの光と第２のＬＥＤアレイ４１３が出射する中心波長３６５ｎｍの光を合成した光を出力してＤＭＤ４２を照明し、それの光により基板９のソルダーレジストが露光される。光源ユニット４１が出射する光は、各ＬＥＤアレイ４１１、４１３への投入電流を制御して、処理する基板９に合わせた波長、強度の光とされ、露光が良好に実行される。光源ユニット４１においては、２つのＬＥＤアレイ４１１、４１３において必要な波長の光を出射するＬＥＤチップ４１１ａ、４１３ａを十分な数量だけ設けることができ、必要な波長、光量の光が得られる。
【００４６】
＜４．変形例＞
【００４７】
上記の実施の形態においては、第１のＬＥＤアレイ４１１の光と第２のＬＥＤアレイ４１３の光をダイクロイックミラー４１５で合成した後、第３のレンズアレイ４１６でテレセントリックにして、第１の結像光学系４１７で縮小しているが、若干の効率低下が許容できるようであれば、例えば第３のレンズアレイ４１６は省略することが可能である。また、光源ユニット４１に求められる出射光束の形状によっては、第１の結像光学系４１７を省略してもよい。仮にこの両者を省略する場合、ダイクロイックミラー４１５で合成した後の光を直接インテグレータ４３３の入力端に入射させる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、第１のＬＥＤアレイ４１１の光と第２のＬＥＤアレイ４１３の光を合成するためにダイクロイックミラー４１５を使用しているが、それに代えて例えばキューブタイプのダイクロイックプリズムを用いてもよい。また、必要な光の波長領域に応じて３種類以上の波長の光を合成してもよく、その場合、光学合成素子としては、ダイクロイックミラー４１５を複数用いてもよく、またはクロスプリズム、フィリップスタイププリズム、ケスタープリズム等のダイクロイックプリズムを用いてもよい。
【００４９】
また、ここでは均一化素子としてインテグレータ４３３を使用している。これは、ミラーを反射面を内側にして張り合わせた中空のライトパイプでもよいし、全反射を利用した多角柱の中実ロッドでもよい。入射側断面形状と出射側断面形状は略相似形となるテーパータイプであってもよい。またインテグレータ４３３に代えてフライアイレンズを用いてもよい。この場合、フライアイレンズの個々のレンズの形状は、被照射面の形状と略相似形にすることが好ましく、第１の結像光学系４１７内部の主光線が光軸と交わる位置に設置することで、均一な照度分布を実現することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 露光装置
２ ステージ
４ ヘッド部
５ 制御部
９ 基板
３１ ステージ移動機構
３２ ヘッド部移動機構
４１ 光源ユニット
４２ ＤＭＤ
４１１ 第１のＬＥＤアレイ
４１１ａ ＬＥＤチップ
４１１ｃ 発光部
４１２ 第１のレンズアレイ
４１３ 第２のＬＥＤアレイ
４１３ａ ＬＥＤチップ
４１３ｃ 発光部
４１４ 第２のレンズアレイ
４１５ ダイクロイックミラー
４１６ 第３のレンズアレイ
４１７ 第１の結像光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置および光源装置に関し、さらに詳しくは、電子工業用のプリント基板、半導体や液晶ディスプレイ製造用に用いられる露光装置と、それら露光装置などに使用される光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電子工業用のプリント基板や半導体ウエハ、液晶ディスプレイ製造用ガラス基板などの処理工程において、フォトリソグラフィ法を利用した表面パターニング技術が一般に使われる。従来、例えばプリント基板の製造工程において、プリント基板上に感光材料（感光性を有する樹脂等）の被膜を塗布またはラミネートなどの手法で形成し、所望のパターンを形成したフォトマスクを介して露光してその感光材料の被膜にパターンを形成していた。
【０００３】
近年、フォトマスクを用いず、光変調素子、たとえばＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いて変調した光によって露光し、直接的にパターンを描画するいわゆる直接描画と呼ばれる露光方式も用いられるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３２２２１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３３６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示される直接描画方式の露光装置にあっては、光源としてランプを用いているが、この種の装置に一般に用いられる超高圧水銀ランプは大型であって消費電力が大きく、寿命が短いという問題があった。そこで、特許文献２に示されるように光源として消費電力が少なく長寿命の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることも提案されている。
【０００６】
しかしながら、露光の対象物である感光材料の特性によっては、比較的広い波長域の光を照射することが求められることがあり、照射光の波長域が狭いＬＥＤを用いると所望の特性が得られず、パターニングがうまく行えないことが起こる。例えばソルダーレジストの露光には、３６０〜３９０ｎｍ付近の比較的広い波長域の光を照射することが必要であるため、３６５ｎｍにピークを持つ単一波長のＬＥＤからの光を照射するだけでは十分に露光することができず、ソルダーレジストのパターン断面が逆テーパー形状になるなどの不都合がある。
【０００７】
これに対し、特許文献２に記載の光源に、異なる波長の光を発する２種類のＬＥＤを混用することも考えられるが、一つの波長あたりのＬＥＤ数が減ってしまうと今度は露光のために十分な光量が得られなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、消費電力が少なく長寿命で、かつ必要な波長域の光を必要な光量で効率よく出射できる光源装置および露光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、第１の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第１の光源アレイと、前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第１のレンズアレイと、第２の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第２の光源アレイと、前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第２のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイが形成した前記第１の光源アレイの発光部の像と、前記第２のレンズアレイが形成した前記第２の光源アレイの発光部の像とを重ね合わせて合成像を形成する光学合成素子と、前記光学合成素子が合成した合成像の光束を均一な照度分布の光束にして出射する均一化素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記光学合成素子が形成した各光源素子の発光部ごとの合成像の光束の主光線を光軸と平行にする第３のレンズアレイと、前記第３のレンズアレイから出射される前記合成像を前記均一化素子の入射端に縮小投影する両側テレセントリックな第１の結像光学系と、をさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光源装置において、前記第１のレンズアレイは、前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものであり、前記第２のレンズアレイは、前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置において、前記均一化素子が出射する光束を所定の照明領域に投影する第２の結像光学系をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置において、前記均一化素子は中空ライトパイプまたは中実ロッドであることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置において、前記光学合成素子はダイクロイックミラーであることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置と、この光源装置によって照明される光変調素子と、前記光変調素子で変調された光を描画対象物に照射する投影光学系と、前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構と、を備えたことを特徴とする露光装置である。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の光源装置と、この光源装置によって照明される光変調素子と、前記光変調素子で変調された光をソルダーレジストの被膜が形成された描画対象物に照射する投影光学系と、前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構とを備え、前記第１の光源アレイの発光素子は、波長３８５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、前記第２の光源アレイの発光素子は、波長３６５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、前記ダイクロイックミラーは前記第１の光源アレイからの光を透過するとともに、前記第２の光源アレイからの光を反射して合成像を形成するよう配置されたことを特徴とする露光装置である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１乃至６に記載の発明によれば、消費電力が少なく長寿命で、かつ必要な波長域の光を出射して露光することができる光源装置が得られる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、特に効率よく所望の形状の光束を出射することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、消費電力が少なく長寿命で、かつ必要な波長域の光を出射して露光することができる露光装置が得られる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、特にソルダーレジストの露光に好適な波長特性を持つ光を出射して露光できる露光装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置を示す模式図である。
【図２】ＤＭＤを示す図である。
【図３】照明光学系の一部を示す模式的な斜視図である。
【図４】光源ユニットの側面図である。
【図５】光源ユニットの一部を抜粋して示す側面図である。
【図６】ＬＥＤチップの外観とその投影像を示す図である。
【図７】光源ユニットの一部を抜粋して示す斜視図である。
【図８】出射光の分光波長特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜１．露光装置の構成と動作の概要＞
【００２３】
図１は本発明の一の実施の形態に係る露光装置１の構成を示す模式図である。図１では装置の内部構造を示すために装置の外形を破線にて示している。露光装置１は、ソルダーレジストの被膜が表面に塗布またはラミネートによって形成されたプリント基板（以下、単に基板と称する）９に所定のパターンを露光してパターン形成を行うものであって、基板９を保持するステージ２、ステージ２を図１中のＹ方向へと移動させるステージ移動機構３１、光ビームを基板９に向けて出射するヘッド部４、ヘッド部４を図２中のＸ方向へと移動させるヘッド部移動機構３２と、これらステージ移動機構３１、ヘッド部４およびヘッド部移動機構３２に接続された制御部５を有する。
【００２４】
ヘッド部４は、後述の如く所定の波長の光ビームを出射する光源ユニット４１、および、格子状に配列された微小ミラー群が設けられたＤＭＤ４２を含む光学系を内蔵し、ＤＭＤ４２の微小ミラー群により光源ユニット４１からの光ビームが反射されることにより空間変調された光ビームを生成し、ステージ２に保持された基板９に出射して露光しパターン形成する。
【００２５】
光学系の概要を説明する。光源ユニット４１から出射された光ビームは、ロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４ａ、レンズ４３４ｂおよびミラー４３５を介してミラー４３６へと導かれ、ミラー４３６は光ビームを集光させつつＤＭＤ４２へと導く。ＤＭＤ４２へと入射する光ビームは所定の入射角（例えば、２４度）でＤＭＤ４２の微小ミラー群に均一に照射される。以上のように、光源ユニット４１、ロッドインテグレータ４３３、レンズ４３４ａ、レンズ４３４ｂ、ミラー４３５およびミラー４３６により光源ユニット４１からの光をＤＭＤ４２へと導く照明光学系４３ａが構成される。
【００２６】
ＤＭＤ４２の各微小ミラーのうち所定の姿勢（後述するＤＭＤ４２による光照射の説明において、ＯＮ状態に対応する姿勢）にある微小ミラーからの反射光のみにより形成される光ビーム（すなわち、空間変調された光ビーム）はズームレンズ４３７へと入射し、ズームレンズ４３７により倍率が調整されてミラー４３８を介して投影レンズ４３９へと導かれる。そして、投影レンズ４３９からの光ビームは微小ミラー群に対して光学的に共役な基板９上の領域へと照射される。このように、露光装置１ではズームレンズ４３７、ミラー４３８、投影レンズ４３９により、各微小ミラーからの光を基板９上の対応する光照射領域へと導く投影光学系４３ｂが構成される。
【００２７】
ステージ２はリニアモータであるステージ移動機構３１の移動体側に固定されており、制御部５がステージ移動機構３１を制御することにより、微小ミラー群からの光が照射される光照射領域群（１つの微小ミラーが１つの光照射領域に対応するものとする。）がフォトレジスト膜上を図２中のＹ方向に相対的に移動する。すなわち、光照射領域群はヘッド部４に対して相対的に固定され、基板９の移動により光照射領域群が基板９上を移動する。
【００２８】
ヘッド部４はヘッド部移動機構３２の移動体側に固定され、光照射領域群の主走査方向（図２中のＹ方向）に対して垂直な副走査方向（Ｘ方向）に間欠的に移動する。すなわち、主走査が終了する毎にヘッド部移動機構３２は次の主走査の開始位置へとヘッド部４をＸ方向に移動させる。そしてこのステージ移動機構３１とヘッド部移動機構３２の駆動によって、ヘッド部４は基板９表面を走査し露光する。
【００２９】
図２はＤＭＤ４２を示す図である。ＤＭＤ４２はシリコン基板４２１の上に多数の微小ミラーが格子状に等間隔に配列された（互いに垂直な２方向にＭ行Ｎ列に配列されているものとして以下説明する。）微小ミラー群４２２を有する空間光変調デバイスであり、各微小ミラーに対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って、各微小ミラーが静電界作用により所定の角度だけ傾く。
【００３０】
図１に示す制御部５からＤＭＤ４２にリセットパルスが入力されると、各微小ミラーは対応するメモリセルに書き込まれたデータに従って反射面の対角線を軸として所定の姿勢に一斉に傾く。これにより、ＤＭＤ４２に照射された光ビームは各微小ミラーの傾く方向に応じて反射され、光照射領域への光照射のＯＮ／ＯＦＦが行われる。つまり、メモリセルにＯＮを示すデータが書き込まれた微小ミラーがリセットパルスを受信すると、その微小ミラーに入射する光はズームレンズ４３７へと反射され、対応する光照射領域に光が照射される。また、微小ミラーがＯＦＦ状態とされると、微小ミラーは入射した光をズームレンズ４３７とは異なる所定の位置へと反射し、対応する光照射領域は光が導かれない状態とされる。
【００３１】
そしてかかる構成により、基板９の表面はヘッド部４によって相対的に走査されつつ、ＤＭＤ４２で変調された光ビームが照射され、基板９表面のソルダーレジストに所定のパターンを形成する。
【００３２】
＜２．光学系の詳細＞
【００３３】
次に光学系の詳細について説明する。図３は光源ユニット４１を含む照明光学系４３ａの一部を示す模式的な斜視図、図４は光源ユニット４１の側面図、図５は光源ユニット４１の一部を抜粋して示す側面図、図６はＬＥＤチップの外観とその投影像を示す図、図７は第１のＬＥＤアレイ４１１、第１のレンズアレイ４１２および第３のレンズアレイ４１６を示す斜視図である。
【００３４】
光源ユニット４１は、第１のＬＥＤアレイ４１１、第１のレンズアレイ４１２、第２のＬＥＤアレイ４１３、第２のレンズアレイ４１４、ダイクロイックミラー４１５、第３のレンズアレイ４１６、第１の結像光学系４１７とから構成される。
【００３５】
第１のＬＥＤアレイ４１１は、中心波長３８５ｎｍ（第１の波長特性）の光を出射する発光部を有するＬＥＤチップ（ＬＥＤダイ）４１１ａを基板４１１ｂ上に１２個配列して構成される。ＬＥＤチップ４１１ａは１ｍｍ角の大きさであって、セラミックパッケージ（図示は省略している）の内部に納められている。ＬＥＤチップ４１１ａは１ｍｍ角のその全面が発光するのではなく、電極の影の影響などで非発光の部分が存在する。この実施形態におけるＬＥＤチップ４１１ａは、図６（Ａ）に示すように表面のうちの０．８ｍｍ角の範囲に図中にハッチングを付して示す発光部４１１ｃが形成されている。第１のＬＥＤアレイ４１１は、かかるＬＥＤチップ４１１ａを１０ｍｍピッチ（図５中のｄ＝１０ｍｍ）で縦横二次元に３×４に配列されるように、各ＬＥＤチップ４１１ａのセラミックパッケージを基板４１１ｂ上に取り付ける。また、各ＬＥＤチップ４１１ａの前面には、表面の保護のためのカバーガラス４１１ｄが設けられる。
【００３６】
第１のレンズアレイ４１２は、第１のＬＥＤアレイ４１１の各ＬＥＤチップ４１１ａの発光部４１１ｃの像を形成するレンズ群を、ＬＥＤチップ４１１ａの配列と対応して同じ縦横二次元に３×４の１２個配列して形成したものであって、ＬＥＤチップ４１１ａの１個あたり、ＬＥＤチップ４１１ａ側からみて、両凸の第１レンズ４１２ａと平 凸の第２レンズ４１２ｂの２枚で構成されるレンズ群を有し、それらを枠４１２ｃに組みつけて構成される。（図７では基板４１１ｂを透視して第１レンズ４１２ａを記している。）これら第１レンズ４１２ａと第２レンズ４１２ｂのレンズ群は、ＬＥＤチップ４１１ａのうち発光部４１１ｃが存在する０．８ｍｍ角の略正方形の領域を、その各ＬＥＤチップ４１１ａの配列ピッチ（図５中にｄで示す）の大きさ、すなわち１０ｍｍ角の大きさに拡大投影するようになっている。そして、投影された発光部４１１ｃの像はちょうど後述する第３のレンズアレイ４１６を構成する個々のレンズ４１６ａの全面をカバーする。
【００３７】
第２のＬＥＤアレイ４１３は、中心波長３６５ｎｍ（第２の波長特性）の光を出射する発光部を有するＬＥＤチップ４１３ａを基板４１３ｂ上に１２個配列して構成される。この第２のＬＥＤアレイ４１３およびＬＥＤチップ４１３ａの構成は、ＬＥＤチップ４１３ａの出射光の波長以外は図５に示した第１のＬＥＤアレイ４１１、ＬＥＤチップ４１１ａと同様であり、ＬＥＤチップ４１３ａを１０ｍｍピッチで縦横二次元に３×４に配列されるように、各ＬＥＤチップ４１３ａのセラミックパッケージを基板４１３ｂ上に取り付ける。また、各ＬＥＤチップ４１３ａの前面には、表面の保護のためのカバーガラス４１３ｄが設けられる。
【００３８】
第２のレンズアレイ４１４の構成は、上述の第１のレンズアレイ４１２と同様であって、第２のＬＥＤアレイ４１３の各ＬＥＤチップ４１３ａの発光部４１３ｃの像を形成するレンズ群を、ＬＥＤチップ４１３ａの配列と対応して同じ縦横二次元に３×４の１２個配列して形成したもので、ＬＥＤチップ４１３ａの１個あたり、ＬＥＤチップ４１３ａ側からみて、両凸の第１レンズ４１４ａと平凸の第２レンズ４１４ｂの２枚で構成されるレンズ群を有し、それらを枠４１４ｃに組みつけて構成される。これら第１レンズ４１４ａと第２レンズ４１４ｂのレンズ群は、図５に示す第１のレンズアレイ４１２と同様に、ＬＥＤチップ４１３ａのうち発光部４１３ｃが存在する０．８ｍｍ角の略正方形の領域を、その各ＬＥＤチップ４１３ａの配列ピッチの大きさ、すなわち１０ｍｍ角の大きさに拡大投影するようになっている。そして、投影された発光部４１３ｃの像はちょうど後述する第３のレンズアレイ４１６を構成する個々のレンズ４１６ａの全面をカバーする。
【００３９】
第１のレンズアレイ４１２とそれが形成する第１のＬＥＤアレイ４１１の各ＬＥＤチップ４１１ａの発光部４１１ｃの像との間には、ダイクロイックミラー４１５が斜めに配置され、さらにそのダイクロイックミラー４１５をはさんで第１のレンズアレイ４１２の反対側に、第２のレンズアレイ４１４と第２のＬＥＤアレイ４１３が配置される。（図５ではダイクロイックミラー４１５、第２のレンズアレイ４１４等は図示を省略している。）これにより、ダイクロイックミラー４１５は、第１のＬＥＤアレイ４１１および第１のレンズアレイ４１２からの光を透過させるとともに、第２のＬＥＤアレイ４１３および第２のレンズアレイ４１４からの光を反射させて、第１のＬＥＤアレイ４１１の発光部４１１ｃの像に第２のＬＥＤアレイ４１３の発光部４１３ｃの像を重ねて合成するように配置されている。これにより、第１のレンズアレイ４１２と第２のレンズアレイ４１４による合成された像は図６（Ｂ）に示すような各ＬＥＤアレイ４１１，４１３の発光部の形状を拡大して並べたものとなっている。
【００４０】
なお、第１のＬＥＤアレイ４１１の光は中心波長３８５ｎｍであり、第２のＬＥＤアレイ４１３の光は中心波長３６５ｎｍであり、両者の差は２０ｎｍ程度であるので、これらを合成するためにはダイクロイックミラー４１５には比較的急峻なエッジを持った分光反射率（分光透過率）特性が必要となる。ダイクロイックミラー４１５への入射角が４５度以上の場合にはＰＳ偏光成分の光学特性の分離が生じて急峻な特性が得られないので、本実施形態ではそれぞれの光の入射角を４０度よりも小さくしている。また二つの波長の光の合成の効率をよくするため、波長が短い第２のＬＥＤアレイ４１３のほうをダイクロイックミラー４１５の反射側で、波長が長い第１のＬＥＤアレイ４１１のほうを透過側で、それぞれ利用している。
【００４１】
第３のレンズアレイ４１６は、ダイクロイックミラー４１５で合成された第１のＬＥＤアレイ４１１の像と第２のＬＥＤアレイ４１３の像の合成像の位置に配置され、入射する光束の主光線を光軸と平行にして後述する第１の結像光学系４１７に入射させる。第３のレンズアレイ４１６は１０ｍｍ角の平凸レンズ４１６ａを３×４に配列したものであって、個々のレンズ４１６ａは、それぞれの発光部４１１ｃ、４１３ｃと相似形（すなわち正方形）をしており、またその合成像と略同じ大きさである。
【００４２】
第１の結像光学系４１７は、両側テレセントリックな光学系であって、第１レンズ４１７ａ、第２レンズ４１７ｂ、第３レンズ４１７ｃからなり、ダイクロイックミラー４１５が形成した第１のＬＥＤアレイ４１１と第２のＬＥＤアレイ４１３の合成像をインテグレータ４３３の入射端に縮小投影する。インテグレータ４３３の入射端の形状と、第１の結像光学系４１７によって縮小された第１のＬＥＤアレイ４１１、第２のＬＥＤアレイ４１３の発光部の像とは略同じ形状とすることが効率上好ましい。
【００４３】
そして、インテグレータ４３３の出射端から出力される均一な照度分布の光は、レンズ４３４ａ、レンズ４３４ｂ、ミラー４３５およびミラー４３６からなる第２の結像光学系によって、ＤＭＤ４２の所定の照明領域に照射される。ＤＭＤ４２に照射される光の波長スペクトルは、図８に示すように第１のＬＥＤアレイ４１１の中心波長３８５ｎｍの光と第２のＬＥＤアレイ４１３の中心波長３６５ｎｍの光との合成したものとなる。ここで、それぞれのＬＥＤアレイへの投入電流は制御部５の制御により可変とされており、２つの波長の光の強度比率を可変できる。これにより、照射対象であるレジスト特性にあわせて照射する光の特性を細かく設定でき、たとえばソルダーレジストの特性に合わせて所望のパターン断面の形状を得ることができる。
【００４４】
＜３．露光装置の動作と効果＞
【００４５】
露光装置１のステージ２にソルダーレジストの被膜が形成された基板９が搬入されると、制御部５はステージ移動機構３１やヘッド部４、ヘッド部移動機構３２等を制御して露光処理を行う。このとき光源ユニット４１は、第１のＬＥＤアレイ４１１の出射する中心波長３８５ｎｍの光と第２のＬＥＤアレイ４１３が出射する中心波長３６５ｎｍの光を合成した光を出力してＤＭＤ４２を照明し、それの光により基板９のソルダーレジストが露光される。光源ユニット４１が出射する光は、各ＬＥＤアレイ４１１、４１３への投入電流を制御して、処理する基板９に合わせた波長、強度の光とされ、露光が良好に実行される。光源ユニット４１においては、２つのＬＥＤアレイ４１１、４１３において必要な波長の光を出射するＬＥＤチップ４１１ａ、４１３ａを十分な数量だけ設けることができ、必要な波長、光量の光が得られる。
【００４６】
＜４．変形例＞
【００４７】
上記の実施の形態においては、第１のＬＥＤアレイ４１１の光と第２のＬＥＤアレイ４１３の光をダイクロイックミラー４１５で合成した後、第３のレンズアレイ４１６でテレセントリックにして、第１の結像光学系４１７で縮小しているが、若干の効率低下が許容できるようであれば、例えば第３のレンズアレイ４１６は省略することが可能である。また、光源ユニット４１に求められる出射光束の形状によっては、第１の結像光学系４１７を省略してもよい。仮にこの両者を省略する場合、ダイクロイックミラー４１５で合成した後の光を直接インテグレータ４３３の入力端に入射させる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、第１のＬＥＤアレイ４１１の光と第２のＬＥＤアレイ４１３の光を合成するためにダイクロイックミラー４１５を使用しているが、それに代えて例えばキューブタイプのダイクロイックプリズムを用いてもよい。また、必要な光の波長領域に応じて３種類以上の波長の光を合成してもよく、その場合、光学合成素子としては、ダイクロイックミラー４１５を複数用いてもよく、またはクロスプリズム、フィリップスタイププリズム、ケスタープリズム等のダイクロイックプリズムを用いてもよい。
【００４９】
また、ここでは均一化素子としてインテグレータ４３３を使用している。これは、ミラーを反射面を内側にして張り合わせた中空のライトパイプでもよいし、全反射を利用した多角柱の中実ロッドでもよい。入射側断面形状と出射側断面形状は略相似形となるテーパータイプであってもよい。またインテグレータ４３３に代えてフライアイレンズを用いてもよい。この場合、フライアイレンズの個々のレンズの形状は、被照射面の形状と略相似形にすることが好ましく、第１の結像光学系４１７内部の主光線が光軸と交わる位置に設置することで、均一な照度分布を実現することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 露光装置
２ ステージ
４ ヘッド部
５ 制御部
９ 基板
３１ ステージ移動機構
３２ ヘッド部移動機構
４１ 光源ユニット
４２ ＤＭＤ
４１１ 第１のＬＥＤアレイ
４１１ａ ＬＥＤチップ
４１１ｃ 発光部
４１２ 第１のレンズアレイ
４１３ 第２のＬＥＤアレイ
４１３ａ ＬＥＤチップ
４１３ｃ 発光部
４１４ 第２のレンズアレイ
４１５ ダイクロイックミラー
４１６ 第３のレンズアレイ
４１７ 第１の結像光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第１の光源アレイと、
前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第１のレンズアレイと、
第２の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第２の光源アレイと、
前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイが形成した前記第１の光源アレイの発光部の像と、前記第２のレンズアレイが形成した前記第２の光源アレイの発光部の像とを重ね合わせて合成像を形成する光学合成素子と、
前記光学合成素子が合成した合成像の光束を均一な照度分布の光束にして出射する均一化素子と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記光学合成素子が形成した各光源素子の発光部ごとの合成像の光束の主光線を光軸と平行にする第３のレンズアレイと、
前記第３のレンズアレイから出射される前記合成像を前記均一化素子の入射端に縮小投影する両側テレセントリックな第１の結像光学系と、
をさらに備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光源装置において、
前記第１のレンズアレイは、前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものであり、
前記第２のレンズアレイは、前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものである
ことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置において、
前記均一化素子が出射する光束を所定の照明領域に投影する第２の結像光学系をさらに備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置において、
前記均一化素子はインテグレータ光学系であることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置において、
前記光学合成素子はダイクロイックミラーであることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置と、
この光源装置によって照明される光変調素子と、
前記光変調素子で変調された光を描画対象物に照射する投影光学系と、
前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光源装置と、
この光源装置によって照明される光変調素子と、
前記光変調素子で変調された光をソルダーレジストの被膜が形成された描画対象物に照射する投影光学系と、
前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構とを備え、
前記第１の光源アレイの発光素子は、波長３８５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、
前記第２の光源アレイの発光素子は、波長３６５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、
前記ダイクロイックミラーは前記第１の光源アレイからの光を透過するとともに、前記第２の光源アレイからの光を反射して合成像を形成するよう配置されたことを特徴とする露光装置。
【請求項１】
第１の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第１の光源アレイと、
前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第１のレンズアレイと、
第２の波長特性の光を出射する発光部を有する光源素子を複数配列した第２の光源アレイと、
前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部の拡大像を形成するレンズを複数配列した第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイが形成した前記第１の光源アレイの発光部の像と、前記第２のレンズアレイが形成した前記第２の光源アレイの発光部の像とを重ね合わせて合成像を形成する光学合成素子と、
前記光学合成素子が合成した合成像の光束を均一な照度分布の光束にして出射する均一化素子と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記光学合成素子が形成した各光源素子の発光部ごとの合成像の光束の主光線を光軸と平行にする第３のレンズアレイと、
前記第３のレンズアレイから出射される前記合成像を前記均一化素子の入射端に縮小投影する両側テレセントリックな第１の結像光学系と、
をさらに備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光源装置において、
前記第１のレンズアレイは、前記第１の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものであり、
前記第２のレンズアレイは、前記第２の光源アレイの各光源素子の発光部を、当該光源素子の配列ピッチの大きさに拡大投影するものである
ことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置において、
前記均一化素子が出射する光束を所定の照明領域に投影する第２の結像光学系をさらに備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置において、
前記均一化素子はインテグレータ光学系であることを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光源装置において、
前記光学合成素子はダイクロイックミラーであることを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光源装置と、
この光源装置によって照明される光変調素子と、
前記光変調素子で変調された光を描画対象物に照射する投影光学系と、
前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光源装置と、
この光源装置によって照明される光変調素子と、
前記光変調素子で変調された光をソルダーレジストの被膜が形成された描画対象物に照射する投影光学系と、
前記投影光学系と前記描画対象物とを相対移動させて前記描画対象物を走査する走査機構とを備え、
前記第１の光源アレイの発光素子は、波長３８５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、
前記第２の光源アレイの発光素子は、波長３６５ｎｍ付近にピークを有する光を出射する発光部を有し、
前記ダイクロイックミラーは前記第１の光源アレイからの光を透過するとともに、前記第２の光源アレイからの光を反射して合成像を形成するよう配置されたことを特徴とする露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６３３９０（Ｐ２０１２−６３３９０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５２４２（Ｐ２０１０−２０５２４２）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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